黑龙江省东部早中生代火成岩组合特征剖析
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第一章区域地质构造背景
研究区位于黑龙江省东部,主要包括松嫩—张广才岭地块、佳木斯—兴凯地块及那丹哈达岭陆缘增生带等构造区域(图1-1)。
根据地质发展历史及大地构造位置,将研究区的地质演化划分为三个大的发展阶段,即佳木斯—兴凯地块及松嫩—张广才岭地块基底的形成、古亚洲构造域和滨太平洋构造域的演化。
图1-1 黑龙江省区域构造略图
(据赵春荆等1996,修改)
第一节佳木斯—兴凯地块及松嫩—张广才岭地块基底的形成
黑龙江东部前寒武系基底主要分布于佳木斯—兴凯地块和松嫩—张广才岭地块内,其中佳木斯—兴凯地块在前寒武纪曾有过统一的地层组成和演化(MA米什金、赵春荆等,1990;AA符鲁布列夫斯基,1994),由于后期敦密断裂的左旋走滑作用使两地块错开,分离而位于现金位置(赵春荆等,1996);松嫩—张广才岭地块向北与俄罗斯境内的马门地块相连,研究区内大部分被松辽盆地和张广才岭中生代盖层所掩盖,基底情况研究较差,与佳木斯—兴凯地块之间以牡丹江断裂相接触,两地块的拼合时间为志留纪末期(张兴洲等,1999)。
一、佳木斯—兴凯地块结晶基底的形成
佳木斯—兴凯地块内发育有黑龙江省最老的结晶基底—麻山岩群,麻山岩群为一套麻粒岩相—高角闪岩相变质沉积岩和和基性—超基性火山岩,以往地质工作依据该群中紫苏辉石斜长麻粒岩的Ar40\Ar39年龄(2539Ma,白景文,1987)将其时代厘定为新太古代,随着同位素测年技术的发展,越来越多的科研成果(吴福元等,2001;Simon A Wilde等2000、2001;宋彪等,1997;Dirsett—Bainetal,1996)证实麻山岩群原岩形成时代不早于古元古代,其麻粒岩相变质作用发生在早古生代(500Ma的晚泛非期高级变质作用事件)。
党延松等(1993)和金山岩(1982)报道的麻粒岩和碳酸岩的Pb\Pb 年龄(2250.8±3.6Ma和2275Ma)被认为是麻山岩群的原岩成岩年龄(Simon A Wilde等2001),因此麻山岩群的形成时代最有可能为古元古代早期。
兴东岩群被传统认为是发育佳木斯地块之上,继麻山岩群之后的古元古代结晶岩底,其由一套低角闪岩相的变质沉积岩和拉斑玄武岩组成,原岩组成与麻山岩群相似,变质程度较麻山岩群低,黑龙江省地矿局(1993)和卢良兆等(1996)认为兴东群是麻山岩群在部分地区变质程度低的部分。
在兴东岩群中磷灰石透辉石岩中获得的Pb—Pb年龄2275Ma(沈阳所,1983)是迄今为止最大年龄,基本代表了原岩成岩年龄,其时代与麻山岩群时代相近,为古元古代早期。
无论两群的时代和变质作用是否相同,它们均代表了佳木斯—兴凯地块前寒武系最古老的结晶基底。
1:25万鸡西市幅、虎林市幅区调工作(2003)在鸡西—虎林地区划分出两套与麻山岩群、兴东岩群共生的花岗质片麻岩,认为其与麻山岩群和兴东岩群为同期变质表壳岩和变质深成侵入岩组合,这些岩石具有与麻山岩群变质岩系相同或一致的片麻理构造,并与麻山岩群共同经历了角闪岩相—麻粒岩相变质作用的改造,属于佳木斯地块结晶基底的组成部分(吴福元等,2001)。
柳毛地区变质片麻状闪长岩的古老锆石207Pb\206Pb年龄为546—1460Ma,表明该闪长岩于1400Ma左右就位,并受到了500Ma变质事件的影响(吴福元等,2001)。
中元古代花岗质片麻岩侵位后将麻山岩群、兴东岩群变质表壳岩焊结在一起,构成了了佳木斯—兴凯地块前寒武系的固化地壳,相当于黑龙江东部的原始陆核(汪新文等,1997)。
麻山岩群和兴东岩群地球化学特征显示了活动陆缘背景,但18亿年前地热梯度高,难以形成成熟板块,其构造环境应为大陆边缘建造(Simon A Wilde等,2001),可能为大陆边缘裂陷沉积,中元古代早期格林威尔造山事件导致裂陷闭合,片麻状花岗岩就位。
Simon A Wilde、吴福元等通过麻山杂岩同位素及全球大陆再造的研究认为,佳木斯地块可能曾经位于冈瓦纳大陆边缘的华北克拉通附近,而新元古代—志留纪为古亚洲洋形成和扩张阶段基本得到了共识,古亚洲洋盆的分裂和形成导致了佳木斯、兴凯地块从华北古陆上裂解出来,并呈孤岛状游弋于古亚洲洋内(孙德有,2001;张兴洲,1999;李春昱,1982;徐公愉,1993),此后佳木斯—兴凯地块及松嫩—张广才岭地块进入到古亚洲洋构造演化阶段。
二、松嫩—张广才岭地块结晶基底的形成
该地块中最早地质记录为古元代东风山岩群,出露于小兴安岭一带,主要由一套低角闪岩相—高绿片岩相的中低级变质沉积岩组成,内含有磁铁石英岩及石墨片岩,获得的Rb—Sr等时线年龄为797±43Ma,反映的是变质年龄(王友勤等,1997)。
侵入东风山岩群的花岗岩的锆石U—Pb年龄为844±45Ma,考虑其含铁建造特点,推测其时代为古元古代早期。
与佳木斯地块的兴东岩群对比,两者岩石组合、变质程度基本一致,仅火山物质相对兴东岩群少,说明两地块在古元古代具有相同的构造演化历史,很可能共同处于华北古陆的北缘,在新元古代古亚洲洋形成后,两个地块在古亚洲洋背景下才有着各自的演化历史。
与东风山岩群伴生的侵入岩是一套花岗质片麻岩或片麻状花岗岩,其U—Pb同位素年代显示了新元古代特征,说明张广才岭地块古老基底的形成时代较佳木斯—兴凯地块晚,其不仅缺少麻山岩群结晶基底,而且东风山期大陆边缘裂陷闭合时间也较佳木斯地块兴东期裂陷闭合晚,所以张广才岭地块在新元古代花岗岩侵位焊结作用下,完成了结晶基底的演化。
第二节古亚洲构造域的演化
古亚洲洋是发育在西伯利亚板块和华北板块之间的一个巨大洋盆,新元古代—二叠纪黑龙江东部松嫩—张广才岭地块和佳木斯—兴凯地块等辗转游弋于该大洋中(孙德有,2001),广泛遭受了古亚洲洋运动的改造。
新元古代—志留纪为古亚洲洋形成和扩张期,随着大洋板块的扩张,大洋内各地块处于被动大陆边缘状态;晚泥盆世—二叠纪为古亚洲洋萎缩期,古亚洲洋壳开始收缩,并向西伯利亚板块和华北板块之下俯冲,造成各地块之间碰撞和与南北两大板块的拼贴,最终大洋消失,因此该阶段各地块处于活动大陆边缘背景。
总体上看,古亚洲洋从裂解、扩张到闭合代表了一个大规模的构造“开”、“合”旋回。
在裂开半旋回过程中又包括两个次级开合旋回,每个旋回都以伸展、扩张、裂陷开始,以挤压造山花岗岩侵位结束,即以造山前沉积盆地的形成和造山作为一个阶段的起始了终。
因此古亚洲洋构造演化阶段,各时期的地层和侵入岩都很发育。
一、松嫩—张广才岭地块和佳木斯、兴凯地块被动大陆边缘演化
全球中、新元古代构造演化是以哥伦比亚超级大陆和罗迪尼亚超级大陆的形成与裂解、泛非碰撞构造事件的发生以及冈瓦纳大陆的形成为特征的,佳木斯—兴凯地块和松嫩—张广才岭地块作为亲冈瓦纳大陆的地块群先后形成了统一结晶基底(万天丰,2004)。
罗迪尼亚超级大陆在1000—800Ma 期间开始裂解,其中850—700Ma发生的全球性裂谷是引起Rodinia超级大陆分裂解体的重要地质作用(王剑,2000)。
西伯利亚与华北之间是具有明显扩张作用的洋脊主要分布地区之一(万天丰,2004)。
古亚洲洋盆于中元古代末期—新元古代在西伯利亚和华北古陆之间形成,佳木斯—兴凯地块等被相继分离,形成单独地块。
洋壳形成初期,张广才岭与与佳木斯地块之间表现陆内裂谷,形成了黑龙江岩群超镁铁岩、拉斑玄武岩与细碧质英安岩双峰式火山岩建造,而后形成大洋并进入扩张阶段,沉积了硅质页岩、泥岩和砂岩(朱群等,1995),总体上具有洋壳和裂谷绿岩盆地特征(王友勤等,1997)。
黑龙江岩群在志留纪佳木斯与张广才岭地块拼贴、碰撞时发生了高压兰片岩相和高绿片岩相变质作用(张兴洲等,1992),形成了一套绿片岩、石英片岩、蓝闪片岩、大理岩等组合,该岩石的构造定位时间(415—445Ma张兴洲等,1992),可能与加里东运动导致古亚洲洋收缩使张广才岭—佳木斯地块的挤压碰撞作用有关。
在其纳长片岩获得的Sm—Nd全岩等时年龄(1146Ma)和锆石U—Pb等时年龄(922Ma)代表了原岩成岩年龄,因此黑龙岩群原岩形成于中、新元古代,变质于早古生代。
新元古代—志留纪古亚洲洋总体表现扩张,佳木斯—兴凯、松嫩—张广才岭地块总体表现为被动大陆边缘性质,其间受泛非期(700—500Ma)造山作用影响和古亚洲洋扩张旋回性的控制形成了两个构造开合旋回。
每次构造裂开都以洋壳扩张形成裂陷盆地接受长时间的沉积作用为主,即以张裂型或火山张裂型被动陆缘沉积为特点,使业已形成的地块侧向增生;而构造闭合半旋回则以洋壳收缩、短暂俯冲形成的活动陆缘建造为主,即以形成快速充填沉积、褶皱造山或花岗岩侵位为特征,使地块边缘发生垂向增生。
新元古代—早寒武世松嫩—张广才岭地块东部和佳木斯—兴凯地块东部发生第一次被动张裂,新元古代形成了张广才岭群、马家街群、黄松群浅海沉积,早期形成了酸性火山岩与中基性火山岩双峰式建造,晚期以浅海陆源碎屑岩和碳酸岩沉积为主,构成典型火山张裂型被动大陆边缘裂谷沉积层序(宋海斌等,2002)。
早寒武世沉积了西林群和金银库组碳酸岩、陆源细碎屑岩及少许中酸性火山岩,与新元古代沉积组合构成了两个大的海侵—海退沉积旋回,第二个沉积旋回晚期钙碱性中酸性火山岩及碳酸岩沉积已显示了弧后盆地迹象,表明早寒武世中晚期裂陷趋于闭合,在其后的泛非造山运动中,张广才岭和佳木斯地区广泛地遭受了挤压变质作用,被动陆缘转化成活动陆缘,麻山岩群—西林群按出露深度及板块位置不同依次遭受了麻粒岩相、高角闪岩相、低角闪岩相、绿片岩相等变质作用。
泛非作用一直持续到500Ma左右,强烈的挤压导致柳毛地区(502±10Ma)深熔花岗岩(Simon A Wilde等,2001)和张广才岭地区(Rb-Sr等时线675Ma花岗闪长岩(汪新文等,1997)强立
就位。
在经历了早奥陶世早中期短暂的地壳隆升之后,早中奥陶世古亚洲洋第二次扩张,张广才岭一带再次形成被动陆缘型裂陷盆地,沉积了尚志群中酸性火山—沉积岩系,伴生有基性岩体侵入,代表了裂谷双峰式火山岩建造。
这个裂陷火山岩—沉积岩组合是在遭受剥蚀的陆壳基础上发展起来的,边缘有石英岩和石英砾岩作为底部地层不整合于古老基底之上。
中奥陶世的加里东运动使它没有最终发展成裂陷槽而结束了活动,强烈的造山运动导致古亚洲洋扩张作用减弱,裂陷盆地遭受挤压作用发生褶皱隆生,将巨厚的沉积物回返褶皱,并向中间隆起逆冲,导致深部地壳重熔上侵,形成了中晚奥陶世具有活动陆缘特点的花岗闪长岩及二长花岗岩(黑龙江地矿局,1993)。
该裂陷盆地没有形成洋壳,且被动陆缘向活动陆缘转换较快,未能保留活动陆缘沉积。
加里运动一直持续到了晚志留世,在古亚洲洋收缩作用下,佳木斯地块与张广才岭地块于晚志留世完成拼贴(张兴洲等,1992),陆陆碰撞导致黑龙江岩群发生高压变质(白景文,1989;曹从周,1989),同时宋彪等(1994)、吴福元等(2001)确定的488—409Ma的(白云母)花岗岩应与该阶段的拼贴造山运动有关。
此后,佳木斯等地块转入活动陆缘演化阶段。
二、松嫩—张广才岭地块与佳木斯—兴凯地块活动陆缘演化
早中泥盆世—二叠纪在华里西期构造驱动下,古亚洲洋进入萎缩与闭合阶段,随着洋壳收缩,洋内各地块发生先后拼贴、碰撞。
继佳木斯地块与张广才岭地块晚志留世拼贴后,早中泥盆世,佳木斯地块与兴凯地块开始汇聚拼贴(张兴洲等,1999),使三个地块陆续形成统一地块群。
在古亚洲洋壳俯冲消减作用下,地块群边缘形成活动陆缘建造,伊春—尚志一带和密山—宝清一带形成多个小型岛弧及弧后盆地,弧后盆地内沉积了黑龙宫组和黑台组滨浅海相砂页岩—碳酸岩组合,钙碱性中—酸性火山岩延续了整个沉积活动始终。
中泥盆世沉积了宏川组滨海—三角洲相陆缘粗碎屑岩,具磨拉石特征,显示了海水逐渐退出,弧后拉张渐弱挤压增强的迹象。
晚泥盆世陆缘地区普遍遭受挤压,弧后形成前陆盆地,沉积了福兴屯组陆相碎屑岩夹凝灰岩和七里卡山组、北兴组钙碱性中酸性火山碎屑岩与陆缘碎屑岩。
岛弧地区形成了老秃子组钙碱质酸性和中性火山岩。
早石炭世佳木斯等地块群北移,逐渐与额尔古纳地块等拼合,形成了黑龙江板块群(张兴洲等,1999;孙德有,2001),此时佳木斯等地块群南部(研究区)处于活动陆缘介于板内位置,整体处于隆升阶段,缺少沉积记录,发育华里西期花岗岩浆活动(赵春荆等,1996;Wilde et al,1997;吴福元等,1999)。
石炭纪中期黑龙江板块群拼贴到西伯利亚板块南缘(孙德有,2001),佳木斯等地块群北部遭受挤压,形成了磨家屯组中—酸性岛弧火山岩建造和杨木岗组、珍子山组、光庆组陆相沉积岩—中、中酸性火山岩组合的弧后前陆盆地沉积。
晚石炭世末期—早二叠世,古亚洲洋壳不断向西伯利亚板块和华北板块之下俯冲,导致黑龙江板块群南部(研究区)沿玉泉—尚志—鸡东—密山—老黑山一带形成青龙屯组、二龙山组、双桥子组、红叶桥组陆相中性—中酸性钙碱质岛弧火山岩喷发,沿此带北侧由于拉张形成弧后盆地,沉积了土门岭组,玉泉灰岩,平阳镇组,庙岭组浅海相碎屑岩夹酸性火山岩。
早二叠世末期,弧后拉张转为挤压,弧后前陆盆地内形成了洞子沟组和亮子川组陆相火山—沉积建造,之后,古亚洲洋壳消减完毕,兴蒙造山带东段于早二叠世末期完成了西伯利亚板块与华北板块的对接(任纪舜,1980;王荃等,1991;邵济安等,1991;王东方等,1992;程裕淇等,1994;孙德有,2001),古地磁研究者(刘海山,1987;Pruner,1987;赵西西等,1990)认为对接时代为晚二叠世。
对接带在长春—敦化—延吉一带(孙德有,2001;赵春荆等,1996;王玉净等,1997)。
研究区受到了较强的挤压作用,于佳木斯地块南部形成NEE向展布的270—254MA的花岗岩带(吴福元等,2001)。
该期花岗岩原来认为是新元古代,经吴福元等(2001)研究厘定为晚古生代,并认为它的形成与佳木斯地块与周围板块的拼合有关。
这一时期,在尚志—密山—延吉一带出现了五道岭组、杨岗组中性—中酸性钙碱质岛弧火山岩和开山屯组、红山组陆相类磨石建造,显示了这一时间黑龙江东部遭受了强烈的挤压造山作用,并非传统认为的软碰撞。
第三节 滨太平洋构造演化阶段
三叠纪—白垩纪是东北地区从古亚洲洋构造域向滨太平洋构造域转化和滨太平洋构造大发展阶段,先后经历了被动陆缘、转换大陆边缘、斜向俯冲大陆边缘和正向俯冲大陆边缘等不同阶段(林强,1999;赵越等,1994;徐嘉伟等,1993),此期间岩浆活动异常强烈,沉积及火山作用交替进行,展现了宏伟的盆岭构造体系,基本奠定了现今构造地貌格局。
大量的研究资料表明,泛太平洋板块中的法拉隆板块自三叠世(240Ma)形成并对东亚大陆作构造运动(Maruyama ,1986;丸山茂德等,1987;矶奇行雄等,1993;殷长建等,2000赵春荆等,1996),并认为这一时间进入西太平洋构造域(段吉业等,1994;方文昌,1992;赵春荆等,1996),其中赵春荆等(1996)、Maruyama(1986)认为这一时期法拉隆板块向东亚大陆做俯冲运动,殷长建等(2000)认为三叠纪—中侏罗世法拉隆板块以侧向和扩张作用为主,它可能使东亚大陆形成被动陆缘。
目前多数学者(万天丰,2004;刘招君等,2002)认为法拉隆板块(中生代)的运移方向为NE 向,只是活动年代厘定不一,洋底地磁条带的年代学研究表明,三叠纪古太平洋板块向NE 向运动(丸山茂德等,1985)。
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图1-2 黑龙江省区域构造略图
(据赵春荆等1996,修改)
1、剥蚀区;
2、陆相沉积;
3、陆相含煤沉积;
4、浅海陆源碎屑沉积;
5、性火山岩;
6、酸性火山岩;
7、早中侏罗世花岗岩
总之,无论法拉隆板块是否存在向东亚大陆俯冲运动,它的NE向运移都会对东亚大陆边缘产生NE 向的离散作用,这种离散作用会直接形成拉张应力,是导致东亚大陆边缘形成被动陆缘的主要原因(林强等,1996)。
晚三叠世—早侏罗世的蒙古—鄂霍茨克与锡霍特—阿林海槽的形成和扩张很有可能与法拉隆板块的NE向离散作用有关,因为从该海槽构成的马蹄形构造线展布方向(NE)和海槽的形成时间为晚三叠—早中侏罗世(谢鸣谦,2000)上与法拉隆板块的NE向运移和活动期为240—180Ma(赵春荆等,1996)十分吻合(图2),有关两者的成生的联系尚待进一步研究,但就种种迹象表明,两者存在密切的成因关系。
郑庆道(2003)将蒙古—鄂霍次克和锡霍特—阿林洋称为新亚洲洋,认为新亚洲洋是古亚洲洋向滨太洋转换期的构造产物。
传统认为活动陆缘的出现才标志环太平洋构造域的开始(林强,1999),但考虑到新亚洲洋可能为古太平洋离散时期的产物,代表古太平洋被动陆缘阶段的演化,因此将法拉隆板块和新亚洲洋活动的早中生代纳入滨太平洋构造演化阶段更显合理。
赵春荆等(1996)通过研究和参考矶奇行雄(1991)、丸山茂德(1987)等人的共识,认为古太平洋板块对东亚大陆作用的时间开始于240Ma,在古太平洋离散作用下,东亚大陆被动陆缘形成(林强,1999)。
被动陆缘是在大陆裂谷地带地壳减薄到一定程度,大陆破裂发生和随后的海底扩张背景下发育起的,因此它又称作张裂(裂谷)被动陆缘(宋海斌等,2002)。
黑龙江东部完山海槽属于锡霍特—阿林海槽的一部分(谢鸣谦,2000),中三叠世开始海槽内陆续发育了完达山群深海相沉积,它代表了东亚大陆边缘中生代一次规模较大的拉张事件,该海槽的形成机制和时间与东亚大陆被动陆缘和古太平洋离散是一致的,因此它的形成应与古太平洋的离散作用有关。
中三叠世早期—晚三叠世末期,是完达山海槽的扩张期,沉积了完达山群大佳河组和大岭桥组深海硅质岩、碳酸岩及泥质岩组合。
同时,佳木斯—兴凯地块南部也表现了拉张背景,使业已形成的敦密断裂表现裂谷特点,控制了晚三叠世西大翁超基岩、迎春镇超基性岩、罗圈站组中酸性火山岩的双峰式火成岩建造和南双鸭山组海相沉积。
这一时期的沉积和岩浆活动,反映东亚被动陆缘特点和古太平洋板块离散作用最强烈的特征。
早侏罗世早期法拉隆板块逐渐远离消失,代之而来的伊泽奈吉板块(200Ma)开始向东亚大陆作斜向俯冲作用(矶崎行雄等,1993),使完达山海槽关闭,锡霍特—阿林洋壳向东亚大陆俯冲消减,形成了跃进山群蛇绿混杂岩堆积(张魁武等,1997),至此完成了那丹哈达陆缘增生带的拼贴。
以往大多认为饶河地区枕状熔岩为蛇绿岩组成部分(李春昱,1980;康宝祥等,1990),据张旗等(1995)研究认为它们并非蛇绿岩,而是洋岛玄武岩,真正做为蛇绿岩的是保存在跃进山一带已变质的基性火山岩。
这一时期为东亚大陆边缘由被动向主动的转换期,使原有被动陆缘裂谷盆地转化成活动陆缘弧后前陆盆地,接受了大秃山组、永福桥组陆相紫色类磨拉石沉积,同时伴有大秃山期钙碱性岛弧火山岩喷发和前期岩石的变质。
早侏罗世早期—中侏罗世中期,由于锡霍特—阿林洋壳向陆内的消减和伊泽奈崎板块持续向东亚大陆俯冲,造成佳木斯地块以东地区处于活动大陆边缘环境(刘招君等,2002),使张广才岭地区岩石圈加厚,引起岩石圈板块的拆沉,导致大规模的软流圈地幔上隆,大量幔源岩浆下垫于地壳底部使先存底垫物质(新生地壳)和原有老地壳的部分熔融形成花岗质岩浆并最终侵位(孙德有等,2001),形成了宏伟的张广才岭中生代花岗岩带,该期次花岗岩以往被认为是印支期(方文昌,1992;黑龙江地矿局,1993),后经孙德有等(2001)、吴福元等(1998、1999)研究多为早—中侏罗世。
伴随该期花岗岩的侵位,于张广才岭及东宁一带发育有177—188Ma的二浪河组和190Ma的绥芬河组安山岩、玄武安山岩、英安岩等钙碱性岛弧火山岩,之后在张广才岭一带形成有小型弧后前陆盆地,沉积了太安屯组陆相类磨拉石粗碎屑岩及少许钙碱性中—中酸性火山碎屑岩。
中侏罗世晚期—晚侏罗世晚期,锡霍特—阿林洋壳在黑龙江东部消减完毕,伊泽奈崎板块俯冲速度减缓,研究区处于缓慢隆生阶段,只有零星的花岗岩侵入。
早白垩世早期开始,伊泽奈崎板块(135—127Ma)以30cm/a的高速向东亚大陆作NNW向俯冲运动(刘招君等,2002),导致东北地区以剪切走滑为主的活动大陆边缘形成(王德滋,1995)。
由于远离俯冲带,岩浆活动与造山运动偏弱,主要表现早期深大断裂(NE向)发生强烈左旋走滑运动,形成一系列NE—NNE向展布的陆相火山—沉积盆地和盆岭相间构造,其中敦密断裂的左旋走滑导致了佳
木斯与兴凯地块的分离和中生代张广才岭花岗岩带的错断产生三叉脊对立的格局。
早白垩世早期火山—沉积盆地主要形成于活动陆缘背景下的断裂剪切拉分机制,盆地均匀分布于相邻深大断裂之间,在相邻断裂的走滑拉分时,形成了盆岭相间构造,即在强烈的走滑作用下,相邻块体挤压堆垛,导致断夹块隆起造山,位于走滑背侧的断夹块受到派生张应力作用沿断层滑落形成断陷盆地(杨巍然等,1991),盆地的展布方向以NE—NEE向为主,与走滑断裂方向一致,显示了典型左旋走滑拉分盆地特点(李继亮等,2003)。
各个盆地的火山作用和聚煤作用都很发育,缺少深湖相沉积,具有典型断陷盆地特点(谢鸣谦,2000)。
火山作用多与沉积作用交替进行,且远离盆缘造山带,多表现钙碱性特征,相当于活动陆缘背景下的断裂剪切火山岩成因(邓晋福等,1996)。
沉积物以多旋回的河流、湖泊、三角洲相的砂岩、粉砂岩为主。
在松辽盆地内形成了火石岭组、沙河镇组、营城组含煤火山—沉积建造,在鸡西、勃利、双鸭山、三江等盆地形成了鸡西群、龙爪沟群含煤火山—沉积建造;张广才岭一带形成了帽儿山组、板子房组、宁远村组、甘河组和永青组火山—沉积建造,但这一地区因整体隆生,盆地不发育,以活动陆缘型火山喷发及白岗质花岗岩侵入为特点。
以往工作将这一时期的地层划分较为混乱,原因是缺少多重地层划分对比和区域构造成因分析,从实际资料(黑龙江地矿局,1997;高瑞祺等,1999)分析,各个盆地间火山岩、生物化石年代、成煤期次、层序地层反映的动力学特征及与全球海平面升降曲线等均可以相互对比,说明各个盆地的断陷作用发生于同一时期的相同构造背景下。
松辽盆地、勃利盆地、三江盆地发育有海相化石层,曾引起地学界的广泛关注(沙金庚等,2000、2001、2002;顾知微等,1987、1991)并被认为黑龙江东部发育有海陆交互相沉积和海槽或海湾的存在(李蔚荣,1996;沙金庚,2002),但海相化石层的岩石地球化学特征(B、Ga、Rb、Rr、Ba、及C、O同位素)均显陆相沉积特征(黑龙江地调院,2003;姜宝玉等,2001),表明这些海相层并非真正意义的海相沉积,只是在陆相沉积过程中有海水侵入,海相化石被带入到陆相盆中,显示海相特征,因为在该段时间内东北地区处于走滑剪切挤压背景,不会出现明显的陆内拉张形成海槽,海水只可能沿敦密断裂、伊舒断裂侵入到陆相盆地中,因为该两个断裂一直延伸到古太平洋(赵春荆等,1996),而早白垩世为全球海平面上升期(池秋鄂等,2001;高瑞祺等,1999),海水极易沿两大断裂(张扭期半地堑)侵入到陆内,以海相化石的种类分析,它们与北极海区生物组合相似(李蔚荣等,1996)。
因此可以认为黑龙江东部勃利、三江盆地的龙爪沟群并非真正意义上的海陆交互相沉积,而只是受到海水侵入的影响,该地区没有出现过海盆地。
伴随早白垩世的盆岭构造体系,有零星的花岗岩侵位于盆缘造山带中,它们在前期造山基础上使隆生再次加强,为盆岭构造延续和盆地补给起到积极作用。
早白垩世晚期伊泽奈崎板块(100—85Ma)俯冲速度(23.5m/a)减小(刘招君等,2002),库拉板块(100—60Ma)开始向东亚大陆做正向俯冲(殷长建等,2000),两个板块的共同作用改变了东亚活动大陆边缘的应力场方向,使早白垩世沉积层发生了褶皱变形,并伴有早白垩世晚期花岗岩的侵位,区域上形成了角度不整合面。
在古太平洋板块俯冲消减的(远程效应)作用下,黑龙江东部地区地幔形成对流,造成先期造山带山根拆沉,地壳减薄,在早白垩世断陷盆地基础上形成一系列规模较大的裂后热冷却坳陷盆地。
盆地同期火山作用弱,发育深湖相沉积,产丰富的油气资源(松辽盆地),显示了典型坳陷盆地(谢鸣谦,2000)特征。
早白垩世晚期—晚白垩世晚期是坳陷盆地的发育期,其中晚白垩世早期是油气聚集期,在松辽盆地内形成了松花江群油气地层,在嘉荫盆地形成了嘉荫群,鸡西、勃利、牡丹江盆地等形成了桦山群。
三个群内均含有恐龙等大型脊椎动物化石,其层序地层反映的动力学背景和生物化石均具有可对比性,暗示了各个坳陷形成时间具有同时性。
在坳陷盆地扩张最大期,即拉张作用最强时期,于鹤岗—东宁一带发育有中基性火山活动,形成了松木河组西格木段。
在盆地萎缩期的挤压—剪切背景下发育中酸性火山活动和晚白垩世花岗岩侵位,火山岩呈NNE向展布,由西向东分别称为福民河组、松木河组敖其段、大塔山组,由西向东岩石碱度降低,酸性增强,显示了由板内向活动陆缘过渡的特点。
中生代晚期敦密断裂主要表现剪切和挤压,导致盆缘基底逆冲在盆地沉积层之上。